تأثیر نانو ذرات آلومینای روکش شده با اکسید منگنز بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد کم کربن در فرآیند جوشکاری GMAW

الموضوعات :

فرزاد پهنانه ¹ , مسعود آقاخانی ² , فرید نعیمی ³ , معین منصوبی ⁴

1 - گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی مهندسی، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
3 - مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
4 - گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

تاريخ الإرسال : 01 السبت , شعبان, 1440 تاريخ التأكيد : 05 السبت , شوال, 1440 تاريخ الإصدار : 09 الأربعاء , رمضان, 1442

الکلمات المفتاحية: نانو ذرات MnO, Al2O3 فرآیند جوشکاریGMAW ریزساختار استحکام کششی نهایی ریز سختی,

ملخص المقالة :

در این تحقیق از نانو ذرات سنتزشده کامپوزیتی اکسید فلزی بر پایه آلومینا همراه با پوشش منگنز به منظور بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال لب‌به‌لب جوش یک پاسه ورق فولاد کم کربن با استفاده از فرآیند GMAW استفاده شده است. پس از انتخاب پارامترهای مناسب جوشکاری و اضافه نمودن مقادیر 25/0 و 5/0 گرم از نانو پودر به‌دست‌آمده به درز جوش و انجام فرآیند جوشکاری، نمونه های موردنیاز جهت آزمون ریز سختی سنجی و کشش آماده شدند. سپس، نمونه بهینه با توجه به عدم وجود عیوب ظاهری و متالورژیکی در ریزساختار و با توجه به بیشترین استحکام کششی نهایی انتخاب شد. ریزساختارهای حاصل با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و سطح شکست نمونه ورق بدون مواد نانو نمونه بهینه با حضور مواد نانو مورد مطالعه قرار گرفت. نانو ذرات به منطقه جوش نفوذ کرده و باعث ایجاد ساختار سوزنی شکل (فریت سوزنی) و درهمبافته گردیده است. علت تشکیل این ساختار را می توان حضور نانو ذرات در حین فرآیند جوشکاری و تشکیل مراکز جوانه زا جهت ایجاد جوانه‌های مناسب در مکان‌های مناسب دانست. با توجه به نتایج، استحکام کششی نهایی و درصد ازدیاد طول به ترتیب از 387 مگاپاسکال و 8/6 درصد به 408 مگاپاسکال و 6/13 درصد افزایش یافت. مقدار میانگین سختی در ناحیه فلز جوش در نمونه جوشکاری شده با 5/0 گرم پودر نسبت به نمونه بدون پودر از VHN 158 به VHN 172 افزایش یافت.

المصادر:

[1]    AWS Handbook, "Gas Metal Arc Welding", vol. 20, 1997.

 

[2]    W. Klas, "Welding processes handbook", New York: CRC Press, 2003.

[3]    K. Shinagawa & K. Tokyo, "Essential Factors in Gas Metal Arc Welding", 141-8688, Japon. Fourth Edition, 5-912, 2011.

 

[4]    S. Kou, "Welding metallurgy", 3rd ed, New York: John Wiley & Sons Inc, pp. 19–22, 68–82, 103–114, 2003.

 

[5]    ASM. Handbook, "Welding Brazing and Soldering", Publication Information Contributors, vol. 6, 1993.

 

[6]    W. Lucas & D. Howse, "Activating flux-increasing the performance and productivity of the TIG and plasma processes", Welding & Metal Fabrication, vol. 64, no. 1, pp. 11-15, 1996.

 

[7]    M. Kuo, Z. Sun & D. Pan, "Laser welding with activating flux", Science and Technology of Welding & Joining, vol. 6, no. 1, pp. 17-22, 2001.

 

[8]    T. K. Pal & U. K. Maity, "Effect of nano size TiO₂ particles on mechanical properties of AWS E 11018M type electrode", Materials Sciences and Applications, vol. 2, no. 9, pp. 1285-1292, 2011.

 

[9]    M. Aghakhani & A. Nikzad, "Modeling of welding height in gas metal arc welding process in the presence of TiO₂ nano-particles using artificial neural network", Modares Mechanical Engineering, (in Persian), vol. 15, no. 7, pp. 149-159, 2015.

 

[10]  M. Aghakhani, M. Ghaderi, A. Karami & A. Derakhshan, "Combined effect of TiO₂ nanoparticles and input welding parameters on the weld bead penetration in submerged arc welding process using fuzzy logic", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 70, no. 1-4, pp. 63-72, 2014.

 

[11] C. Vimalraj, P. Kah, B. Mvola & M. Jukka, "Effect of nanomaterial addition using gmaw and GTAW processes", Rev. Adv. Mater. Sci, pp. 370-382, 2016.

 

[12] S. Mohan, S. P. Sivapirakasama, M. C. Kumarb & M. Surianarayana, "Welding fumes reduction by coating of nano-TiO2on electrodes", Journal of Materials Processing Technology, vol. 219, pp. 237–247, 2015.

 

[13]  M. Muzamila, C. Jianjun, A. Maaz, V. Patelb, A. Majeeda & J. Yanga, "Multicomponent enabled MWCNTs-TiO₂ nano-activating flux for controlling the geometrical behavior of modified TIG welding joint process" Diamond & Related Materials, vol. 97, pp. 107442, 2019.

 

[14] S. Tanvir, S. K. Tiwari & D. K. Shukla, "Friction-stir welding of AA6061-T6: The effects of Al₂O₃ nano-particles addition", Results in Materials, vol. 1, 2019.

 

[15] ASM. Handbook, "Metallography and Microstructures", The Materials Information Company, vol. 9, 1992.

 

[16] ASTM. Handbook, "Metals Mechanical Testing Elevated and Low Temperature Tests", Metallography, vol. 1, 2013.

 

[17] K. Hung Tseng, "Performance of activated TIG process in austenitic stainless steel welds", Journal of Materials Processing Technology, 2011.

 

[18] A. Kumar Singh, V. Dey & R. Naresh Rai, "Techniques to improve weld penetration in TIG welding (A review) ", Materials Today: Proceedings, vol. 4, pp. 1252–1259, 2017.

 

[19] A. Dabiri,  R. Yousefi & Fattahi, "Effect of ZrO₂ nanoparticles on the impact properties of shielded metal arc welds",  Materials Letters, vol. 158, pp. 325–328, 2015.

 

[20] T. Pan, et al, "Kinetics and mechanisms of intragranular ferrite nucleation on nano- metallic inclusions in low carbon steel", Materials Science and Engineering. A, vol. 438-440, pp. 1128-1132. 2006.

 

[21] J. H. Shim, Y. W. Cho, S. H. Chung & etc, "Nucleation of Intragranular Ferrite at Ti2o3 Particle in Low Carbon Steel", South Korea.Division of Materials Science and Engineering, Seoul National University, Seoul, pp. 151-742.1999.

 

[22] M. Aghakhani, M. R. Ghaderi, M. Mahdipour Jalilian & A. Derakhshan, "Predicting the combined effect of TiO₂ nano-particles and welding input parameters on the hardness of melted zone in submerged arc welding by fuzzy logic", Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 27, no. 7, pp. 2107-2113, 2013.